BRPI0612229A2 - método para secagem a frio de gás - Google Patents

Abstract

METODO PARA SECAGEM A FRIO DE GAS. Método para secagem a frio de gás, especificamente ar, pelo que esse gás é guiado através da parte secundária de um trocador de calor (2) cuja parte principal é o vaporizador (3) de um circuito de esfriamento (4), que consiste em medir a temperatura ambiente (Tamb), assim como a temperatura mais baixa do gás (LAT) ou o ponto de orvalho, e ligar e desligar o circuito de estriamento (4) com base nessas medições para sempre manter a temperatura mais baixa do gás (LAT) ou o ponto de orvalho entre um valor limite mínimo e máximo predeterminado, e pelo que valores limite predeterminados são calculados com base em um algoritmo o qual é uma função da temperatura ambiente medida (Tamb).

Description

MÉTODO PARA SECAGEM A FRIO DE GAS

A presente invenção se refere a um métodoaperfeiçoado para secagem a frio.

Especificamente, a presente invenção se refere aum método para secagem a frio de gás, especificamente ar,contendo vapor de água, pelo que esse gás é guiado atravésda parte secundária de um trocador de calor cuja parteprincipal é o vaporizador de um circuito de esfriamento quetambém compreende um compressor que é acionado por ummotor; um condensador; um meio de expansão entre a saída docondensador e a entrada do vaporizador mencionada acima.

Tais métodos são usados entre outros para secarar comprimido.

Ar comprimido que é fornecido, por exemplo, porum compressor é na maioria dos casos saturado com vapor deágua, ou, em outras palavras, tem uma umidade relativa de100%. Isso significa que no caso de uma queda detemperatura abaixo do que é chamado ponto de orvalho,haverá condensação. A água condensada causa corrosão emcanos e ferramentas, e os dispositivos podem se desgastarprematuramente.

Esse é o motivo pelo qual o ar comprimido é seco,o que pode ser feito da forma mencionada acima porintermédio de secagem a frio. Também outro ar que não sejao ar comprimido, ou outros gases, podem ser secos dessamaneira.

Secagem a frio se baseia no princípio de que aose diminuir a temperatura do ar ou gás no vaporizador, aumidade no ar ou gás condensará, após o que a águacondensada é separada em um separador de líquido eposteriormente o ar ou gás é outra vez aquecido, de talmodo que o ar ou o gás não mais será saturado.

0 mesmo se aplica a qualquer outro gás que nãoseja o ar, e cada vez que nos referirmos aqui ao ar, omesmo também se aplica a qualquer outro gás que não seja o ar.

Um método para secagem a frio já é conhecido,pelo que com base nas medições da pressão do vaporizador ouda temperatura do vaporizador, o circuito de esfriamento éligado ou desligado.

Se uma saída de ar comprimido for registrada, ocircuito de esfriamento é acionado e tão logo a saída de arcomprimido seja outra vez desligada, o circuito deesfriamento também é outra vez desligado.

Uma desvantagem de tal método conhecido é que otrocador de calor, após o circuito de esfriamento ter sidodesligado, aquecerá uma vez que não mais existe qualqueresfriamento.

Quando, subseqüentemente, o ar comprimido é outravez retirado enquanto o trocador de calor ainda estárelativamente quente, picos de temperatura e de ponto deorvalho podem ocorrer instantaneamente no ar comprimidofornecido, uma vez que o gás a ser seco no trocador decalor não está suficientemente esfriado para então fazercom que a água no gás condense em uma capacidade máxima.

Um método para secagem a frio também é conhecido,pelo que o circuito de esfriamento permanece operacionaldurante todo o tempo, também quando não há saída de arcomprimido.

Uma desvantagem principal de tal método é que elerequer uma quantidade considerável de energia, uma vez queo circuito de esfriamento permanece continuamenteoperacional, também no caso de funcionamento em marcha lenta.

Um método para secagem a frio também é conhecidopelo que é feito uso de uma massa térmica. Com tal métodoconhecido, é feito uso de uma massa térmica intermediária,por exemplo, na forma de uma mistura de água e propilenoglicol, para esfriar o ar comprimido.

Como o circuito de esfriamento é usado apenaspara esfriar a massa térmica mencionada acima, o compressornesse circuito de esfriamento pode ser desligado logo que amassa térmica tiver atingido certa temperatura, de tal modoque se pode economizar energia.

Uma desvantagem de tal método conhecido é que ocircuito de esfriamento, devido à presença da massa térmicamencionada acima, deve ser feito muito pesado e de tamanhoconsiderável.

Outra desvantagem do tal método conhecido é que,devido às partes adicionais tal como um reservatório e/ouum trocador de calor adicional, a construção do circuito deesfriamento é relativamente dispendiosa e complicada e suamontagem é muito demorada.

A presente invenção tem como objetivo remediaruma ou várias das desvantagens mencionadas acima, e outras.

Com essa finalidade, a presente invenção serefere a um método conforme descrito acima, que consiste,pelo menos quando nenhum gás a ser seco é fornecido, emmedir a temperatura ambiente assim como a temperatura ou oponto de orvalho nas proximidades do local onde atemperatura do gás a ser seco é a mais baixa quando dasecagem a frio, e ligar e desligar o circuito deesfriamento com base nessas medições de modo a sempremanter a temperatura do gás mais baixa ou o ponto deorvalho entre um valor limite mínimo e máximopredeterminado, pelo que um ou ambos os valores limite,predeterminados, mencionados acima, são calculados com baseem um algoritmo que é uma função da temperatura ambientemedida (Tamb).

Por "a mais baixa temperatura do ar", ou LAT, sequer dizer aqui a temperatura mais baixa do ar a ser secoque ocorre durante secagem a frio e que é em princípioatingida na saída, para o gás a ser seco, da partesecundária do trocador de calor. A LAT sempre proporcionauma boa indicação do ponto de orvalho do ar, uma vez que háuma conexão entre ambos.

Uma vantagem de tal método de acordo com ainvenção é que nenhuma massa térmica extra é exigida e quea energia pode ser economizada de uma maneira muitosimples, uma vez que o circuito de esfriamento é desligadooportunamente, por exemplo, quando nenhum ar comprimidoprecisa ser seco uma vez que não há consumo de arcomprimido.

Outra vantagem de tal método é que a temperaturado trocador de calor é sempre limitada, uma vez que ocircuito de esfriamento é outra vez acionado quando a LATmedida ou o ponto de orvalho se torna muito elevado, edesse modo os picos são evitados.

Como os valores limite predeterminados sãocalculados com base em um algoritmo que é uma função datemperatura ambiente, medida, um ponto de orvalho égarantido em qualquer temperatura ambiente que sejasuficientemente baixa para evitar corrosão ou condensado narede de ar comprimido após o dispositivo para secagem afrio.

Para explicar melhor as características dapresente invenção, o método preferido a seguir de acordocom a invenção é fornecido apenas como um exemplo, comreferência aos desenhos anexos, nos quais:

A Figura 1 representa um dispositivo para aplicarum método para secagem a frio de acordo com a invenção;

A Figura 2 representa esquematicamente o cursodos valores limite como uma função da temperatura ambiente.

A Figura 1 representa um dispositivo 1 parasecagem a frio que consiste principalmente em um trocadorde calor 2 cuja parte principal forma o vaporizador 3 de umcircuito de esfriamento 4 no qual também são montadossucessivamente um compressor 6, um condensador 7 e umaválvula de expansão 8, acionados por um motor 5.

Esse circuito de esfriamento é preenchido comfluido de esfriamento, por exemplo, Freon R404a, cujadireção de fluxo é representada pela seta 9.

A parte secundária do trocador de calor 2 é partedo tubo 10 para ar úmido a ser seco cuja direção de fluxo érepresentada pela seta 11.

Após o trocador de calor 2, isto é, em sua saída,é montado um separador de líquido 12 no tubo 10.

Esse tubo 10, antes de alcançar o trocador decalor 2, pode se estender parcialmente através de um pré-esfriador ou um trocador de calor de recuperação 13 e,então, após o separador de líquido 12, se estende outra vezatravés do trocador de calor de recuperação 13, em fluxoparalelo ou contrafluxo em relação à parte mencionadaacima.

A saída do tubo 10 mencionado acima pode, porexemplo, ser conectada a uma rede de ar comprimido que nãoé representada nas figuras, a qual os consumidores de arcomprimido são conectados, por exemplo, ferramentas que sãoacionadas por ar comprimido.

0 trocador de calor 2 é um trocador de calor delíquido/ar e pode ser projetado como formando um todo com otrocador de calor de recuperação possível 13 que é umtrocador de calor de ar/ar.

A válvula de expansão 8 nesse caso é feita noformato de uma válvula termostática cujo elementotermostático é acoplado de maneira conhecida por intermédiode um tubo 14 a um bulbo 15 provido na saída do vaporizador3, em outras palavras, entre o vaporizador 3 e o compressor6, no circuito de esfriamento 4 e preenchido com o mesmomeio de esfriamento.

É evidente que a válvula de expansão 8 mencionadaacima, pode ser realizada em muitas formas diferentes, talcomo, por exemplo, na forma de uma válvula eletrônica que éacoplada a um medidor de temperatura montado na extremidadedistante do vaporizador 3 ou após a mesma.

Em alguns secadores de esfriamento 1, pequenos, aválvula de expansão 8 pode ser substituída por um tubocapilar.

0 compressor 6, por exemplo, é um compressorvolumétrico o qual na mesma temperatura rotacional, fornecepraticamente o mesmo fluxo de volume, por exemplo, umcompressor em espiral, enquanto que o motor 5 é um motorelétrico nesse caso que é acoplado a um dispositivo decontrole 14.

O dispositivo de controle mencionado acima 14, oqual pode ser realizado, por exemplo, na forma de um PLC,também é conectado aos dispositivos de medição 16 para aLAT e aos dispositivos de medição 17 para a temperaturaambiente.

Os dispositivos de medição 16 mencionados acimapara a LAT são providos preferivelmente no local onde narealidade se pode esperar a temperatura mais baixa do ar,que nesse caso é logo após a parte secundária do trocadorde calor 2 e, preferivelmente, antes do separador delíquido 12.

De acordo com a invenção, não se exclui apossibilidade de que os dispositivos de medição 16 paramedir a LAT sejam substituídos por dispositivos de mediçãopara medir o ponto de orvalho, que são preferivelmenteprovidos próximos à saída da parte secundária do trocadorde calor 2 mencionado acima. Sempre que os dispositivos demedição 16 para medir a LAT forem mencionados a seguir,também os dispositivos de medição para medir o ponto deorvalho podem ser aplicados de acordo com a invenção.

Os dispositivos de medição 17, mencionados acima,para medir a temperatura ambiente são colocadospreferivelmente na rede de ar comprimido que faz uso do arseco pelo dispositivo 1, especificamente na altura dosconsumidores finais desse ar comprimido, por exemplo,próximo às ferramentas que são acionadas por esse arcomprimido, seco.

Alternativamente, os dispositivos de medição 17também podem ser providos em outros locais. No caso de o arcomprimido que deve ser seco ser proveniente, por exemplo,de um compressor, ocorre que um bom posicionamento para osdispositivos de medição 17, mencionados acima, para atemperatura ambiente, é na entrada de tal compressor.

O método aperfeiçoado de acordo com a invenção émuito simples e conforme a seguir.

O ar a ser seco é guiado através do tubo 10 edesse modo através do trocador de calor 2, por exemplo, emcontrafluxo em relação ao fluido de esfriamento novaporizador 3 do circuito de esfriamento 4.

Nesse trocador de calor 2, o ar úmido é esfriado,em razão do que se forma um condensado que é separado noseparador de líquido 12.

0 ar frio que contém menos umidade em termosabsolutos após o separador de líquido 12, mas ainda tem umaumidade relativamente de 100%, é aquecido no trocador decalor de recuperação 13, em razão do que a umidade relativadiminui até preferivelmente menos do que 50%, ao passo queo ar fresco a ser seco já está parcialmente esfriado notrocador de calor de recuperação 13 antes de ser fornecidoao trocador de calor 2.

Desse modo, o ar na saída do trocador de calor derecuperação 13 está mais seco do que na entrada do trocadorde calor 2.

A LAT é mantida preferivelmente dentro de certoslimites, de modo a impedir congelação do vaporizador 3devido a uma LAT muito baixa, por um lado, e para garantirque o ar ainda esteja suficientemente esfriado de modo apermitir condensação, por outro lado.

Com essa finalidade, o circuito de esfriamento 4,de acordo com a invenção, pode ser ligado e desligado combase nas medições da LAT e na temperatura ambiente, porexemplo, mediante ação de ligar e desligar o motor deacionamento 5, do compressor 6, desse circuito deesfriamento 4.

Dessa maneira, se pode garantir que a LAT ou oponto de orvalho esteja sempre situada entre um valorlimite A, mínimo, predeterminado, e um valor limite máximo B.

Essa regra não é empregada apenas de acordo com ainvenção enquanto secando o ar, mas também durante osperíodos nos quais nenhum ar a ser seco está sendofornecido e o circuito de esfriamento 4 poderia, em teoria,ser desligado, como é o caso com os secadores a frio conhecidos.

Especificamente, o método de acordo com ainvenção é aplicado pelo menos quando nenhum gás a ser secoestá sendo fornecido e se necessário também quando o gás aser seco está sendo fornecido.

Com essa finalidade, a temperatura ou o ponto deorvalho é medida nas proximidades do local onde atemperatura do gás a ser seco é a mais baixa quando secandoa frio, e preferivelmente imediatamente após a partesecundária no trocador de calor 2.

Preferivelmente, um ou ambos os valores limite Ae/ou B, mencionados acima, são calculados com base em umalgoritmo que é uma função da temperatura ambiente, medida,Tamb.

A Figura 2 representa esquematicamente umaconexão possível entre a temperatura ambiente Tamb e osvalores limite mínimo e máximo Ae B, mencionados acima,respectivamente.

Conforme representado, o algoritmo do valorlimite mínimo A é formado preferivelmente por uma função deetapa a qual, quando a temperatura ambiente é menor do queum primeiro valor definido Ta, é constante, e nesse casoatinge praticamente 4°C, de modo a impedir congelação dovaporizador 3.

Quando a temperatura ambiente Tamb é superior aosegundo valor definido Tb, que é superior ao primeiro valordefinido mencionado acima Ta, a função de etapa mencionadaacima também será constante nesse caso.

Entre os valores definidos mencionados acima, Tae Tb, a função de etapa mencionada acima do algoritmo dovalor limite, mínimo, A, tem um curso ascendente o qualnesse caso, mas não necessariamente, é linear e o qualtambém é preferivelmente tal que a diferença entre atemperatura ambiente, e o valor limite, mínimo, calculadoA, é constante e atinge preferivelmente pelo menos 10°Celsius.

Nesse caso, o algoritmo do valor limite máximo Btambém é formado por uma função de etapa que tem um valormaior do que a função de etapa do valor limite mínimo A,mencionado acima, em qualquer valor da temperatura ambienteTamb e o qual, quando a temperatura ambiente Tamb é menordo que um primeiro valor definido Tc, é constante.

O primeiro valor definido Tc da função de etapado valor limite máximo B nesse caso coincide com o primeirovalor definido mencionado acima Ta da função de etapa dovalor limite mínimo A, mas isso não é exigido de acordo coma invenção.

Tão logo uma temperatura ambiente Tamb sejasuperior ao segundo valor definido Td, a função de etapamencionada acima do valor limite máximo B será constanteassim como nesse caso, mas ela também pode ter um cursodiferente de acordo com a invenção.

Entre os valores definidos Tc e Td, mencionadosacima, a função de etapa, acima mencionada, do algoritmo devalor limite, máximo, B, também tem um curso ascendente oqual, nesse caso, mas não necessariamente, é linear, e oqual também é preferivelmente tal que o seu curso é maisíngreme do que o curso da função ascendente mencionadaacima do valor limite mínimo A.

O objetivo do valor limite máximo B, mencionadoacima, consiste em evitar que a LAT suba muito, como umresultado do que o ar poderia não ser suficientementeesfriado e como resultado umidade não suficiente para podersecar o ar se condensaria.

Preferivelmente, de acordo com a invenção, emborao dispositivo 1 para secagem a frio seja operacional, ovalor medido da-LAT é continuamente comparado..pelo meio._.de.controle 14, mencionado acima, ou comparado em certosintervalos regulares ou não regulares, com o valor limitemínimo A, e o valor limite máximo B mencionados acima.

Quando a LAT cai temporariamente abaixo do valorlimite mínimo A, o dispositivo de controle 14, mencionadoacima, desliga o circuito de esfriamento 4, mediantedesligamento do motor 5 o que aciona o compressor 6 dessecircuito de esfriamento 4, de tal modo que sobe atemperatura no trocador de calor 7, mencionado acima, etambém a LAT outra vez aumentará.

Quando a LAT medida sobe acima do valor limitemáximo Β, o circuito de esfriamento 4 é outra vez ligado,quando o motor 5 que aciona o compressor 6 desse circuitode esfriamento 4 é outra vez ligado, como resultado do quea temperatura no vaporizador 3 diminui e também a LAT caioutra vez.

Como o circuito de esfriamento 4 é ligado apenasquando isso é exigido, um método para secagem a frio, deacordo com a invenção, ajudará a economizar energia.

Mediante ligação do circuito de esfriamento 4outra vez em tempo oportuno, também se pode garantir que otrocador de calor 2 não aqueça, de tal modo que quando ofornecimento de ar comprimido é outra vez carregado, porexemplo, após uma paralisação, não poderá haver picos detemperatura e de ponto de orvalho no ar comprimido sendoretirado.

O funcionamento do circuito de esfriamento 4 já éconhecido como tal e é como a seguir.

No condensador 7, o fluido de esfriamento gasoso,o qual é aquecido pela compressão no compressor 6, éesfriado até se tornar líquido. Para descarregar o calorpara o meio ambiente, pode-se fazer uso, por exemplo, de umventilador ou meio de esfriamento, o qual não érepresentado na figura, tal como, por exemplo, água.

Graças à válvula de expansão 8, o fluido deesfriamento de líquido se expande até uma pressão constantedo vaporizador, que evidentemente implica em uma queda detemperatura.

Empregando-se uma válvula de expansãotermostática 8, sempre haverá superaquecimento após ovaporizador 3, de tal modo que não há o risco de o fluidode esfriamento entrar no compressor 6 e, como conseqüência,não há a necessidade de um separador de líquido no circuitode esfriamento 4.

O superaquecimento é medido de maneira conhecidamediante perturbação da temperatura medida pelo bulbo 14 apartir da temperatura do vaporizador, nesse caso medidaapós o vaporizador 3. Essa diferença é comparada com umvalor definido pela válvula de expansão 8, e no caso de umadiferença, a válvula de expansão 8 ajustará a mesmamediante abertura ou mediante fechamento.

De acordo com a invenção, não é excluída apossibilidade de que um ventilador cuidando da dissipaçãode calor a partir do condensador 7, seja acionado edesligado também pelo meio de controle mencionado acima 14,como uma função das medições da temperatura ambiente Tamb eda LAT ou do ponto de orvalho, de tal modo que energia aquitambém pode ser economizada.

Preferivelmente, após o circuito de esfriamento4, mencionado acima, ter sido desligado, certo intervalo detempo mínimo é considerado antes de o circuito deesfriamento 4 pode ser outra vez ligado.

Desse modo, se evita que o motor 5, mencionadoacima, o qual pode ser realizado, por exemplo, como ummotor elétrico, se torne sobrecarregado devido ao acúmulode calor nos enrolamentos.Em vez de ar úmido, outro gás que não seja o arcontendo vapor de água pode ser seco da mesma maneira e como mesmo dispositivo. A LAT é, então, a temperatura maisbaixa do gás.

A presente invenção de forma alguma é limitada aométodo descrito como um exemplo; ao contrário, tal métodoaperfeiçoado para secagem a frio, de acordo com a invenção,pode ser realizado em muitas formas diferentes enquantoainda permanecendo dentro do escopo da invenção.

Claims (11)

1. Método para secagem a frio de gás,especificamente ar contendo vapor de água, pelo que essegás é guiado através da parte secundária do trocador decalor (2) cuja parte principal é o vaporizador (3) de umcircuito de esfriamento (4) o qual também compreende umcompressor (6) que é acionado por um motor (5); umcondensador (7); um meio de expansão (8) entre a saída docondensador (7) e a entrada do vaporizador mencionada acima(3), caracterizado pelo fato de consistir em medir atemperatura ambiente (Tamb), pelo menos quando nenhum gás aser seco está sendo fornecido, assim como a temperatura ouo ponto de orvalho nas proximidades do local onde atemperatura do gás a ser seco é a mais baixa quando secandoa frio, e em ligar e desligar o circuito de esfriamento (4)com base nessas medições para sempre manter a temperaturado gás mais baixa (LAT) ou o ponto de orvalho entre umvalor limite mínimo e máximo predeterminado (A, Brespectivamente), e pelo que um ou ambos os valores limitepredeterminados mencionados acima (A e B) são calculadoscom base em um algoritmo que é uma função da temperaturaambiente medida (Tamb).

2. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o gás a ser seco tem origemem um compressor e em que a temperatura ambiente (Tamb) émedida próximo à entrada desse compressor.

3. Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que atemperatura mais baixa do gás (LAT) ou do ponto de orvalhodo gás a ser seco é medida próximo à saída da partesecundária do trocador de calor mencionado acima (2).

4. Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que oalgoritmo do valor limite mínimo (A) como uma função datemperatura ambiente é formado por uma função de etapa comum valor constante quando a temperatura ambiente medida(Tamb) é menor do que um primeiro valor definido (Ta); umvalor constante superior para uma temperatura ambiente(Tamb) maior do que um segundo valor definido (Tb) que émaior do que o primeiro valor definido mencionado acima(Ta) ; e uma função de elevação entre esses valoresdefinidos (Ta e Tb).

5. Método, de acordo com a reivindicação 4,caracterizado pelo fato de que a função de elevaçãomencionada acima do valor limite mínimo (A) é linear.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de que a função de elevação linearmencionada acima do valor limite mínimo (A) é tal que adiferença entre a temperatura ambiente medida (Tamb) e essevalor limite mínimo calculado (A) é constante.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6,caracterizado pelo fato de que entre os valores definidosmencionados acima (Ta e Tb) , a diferença entre atemperatura ambiente (Tamb) e o valor limite mínimocalculado (A) é de pelo menos 10° Celsius.

8. Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caracterizado pelofato de que o algoritmo do valor limite máximo (B) como umafunção da temperatura ambiente (Tamb) é formado por umafunção de etapa com um valor constante quando a temperaturaambiente medida (Tamb) é menor do que um primeiro valordefinido (Tc); um valor constante superior para umatemperatura ambiente (Tamb) é maior do que um segundo valordefinido (Td) o qual é maior do que o primeiro valordefinido (Tc); e uma função de elevação entre esses valoresdefinidos (Tc e Td).

9. Método, de acordo com a reivindicação 8,caracterizado pelo fato de que a função de elevaçãomencionada acima do valor limite máximo (B) é linear.

10. Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 4 ou 8, caracterizado pelo fato de que ocurso da função de elevação mencionada acima do valorlimite máximo (B) é mais íngreme do que o curso da funçãode elevação mencionada acima do valor limite mínimo (A).

11. Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10,caracterizado pelo fato de que, preferivelmente após ocircuito de esfriamento mencionado acima (4) ter sidodesligado, certo intervalo de tempo mínimo é consideradoantes de ele poder ser outra vez acionado.